I. clarifier les scénarios d'application de base et les caractéristiques du signal

C'est la prémisse de la sélection, et les différences de signaux entre les différentes scènes déterminent directement les paramètres clés du filtre.

Déterminer le type de signal et la plage de fréquences il faut d'abord préciser les propriétés des signaux d'entrée à deux voies: s'il s'agit d'un signal à basse fréquence (par exemple, un signal bioélectrique de 0,5 à 100 Hz, un signal de capteur de température), d'un signal à moyenne fréquence (par exemple, un signal de modulation correspondant à une commande industrielle de 4 à 20 ma, un signal audio de 20 Hz à 20 kHz) ou d'un signal à haute fréquence (par exemple, un signal d'échantillonnage RF, un signal de bus de données à grande vitesse). Dans le même temps, il est nécessaire de distinguer la fréquence du signal utile de la fréquence du signal perturbateur: par exemple, dans la surveillance des vibrations, la fréquence caractéristique de la défaillance de l'équipement peut être de 500 Hz à 2 kHz, tandis que la perturbation peut être une fréquence de fonctionnement de 50 / 60 Hz ou un bruit à haute fréquence; La bande utile des signaux électriques cérébraux (EEG) est de 0,5 à 70 Hz et les interférences sont principalement des fréquences de puissance et des bruits électromyographiques (> 100 Hz). Pour les deux canaux, vérifiez également si le signal à deux voies est un signal différentiel homologue (par exemple, entrée de capteur différentiel, suppression de mode commun requise) ou un signal indépendant (par exemple, signal de vibration de différents points de mesure sur les deux voies, filtrage indépendant requis).

Selon le théorème d'échantillonnage de Nyquist, le taux d'échantillonnage doit être supérieur à 2 fois la fréquence la plus élevée du signal, généralement 2,5 à 4 fois dans les applications pratiques pour garantir l'effet de filtrage. La capacité d'échantillonnage synchrone d'un filtre à deux voies est essentielle: si les signaux à deux voies nécessitent un alignement temporel strict (par exemple, mesure de différence de phase, analyse vectorielle), un filtre prenant en charge l'échantillonnage synchrone à deux voies doit être sélectionné, évitant les retards d'échantillonnage entre les voies; Si les exigences de synchronisation sont faibles, vous pouvez choisir un modèle d'échantillonnage asynchrone.

L'amplitude du signal par rapport à la plage dynamique définit la plage d'amplitude du signal (par exemple, classe MV, classe v) et la présence ou l'absence de grandes fluctuations de la plage dynamique (par exemple, les signaux de choc dans les scénarios industriels). Cela détermine la plage d'entrée du filtre et le nombre de bits (par exemple, 12 bits, 16 bits, 24 bits ADC filtres de type intégré), plus le nombre de bits est élevé, plus la résolution des signaux faibles est forte.

II. Indicateurs de performance de base du filtre de focalisation

La performance du filtre numérique à deux canaux affecte directement l'effet de traitement du signal, il convient de se concentrer sur les indicateurs suivants:

Type de filtre correspondant le type de base du filtre numérique comprend passe - Bas, passe - haut, passe - bande, réjection de bande, à choisir en fonction des besoins de suppression des interférences:

Pour conserver le signal utile basse fréquence et filtrer les interférences haute fréquence, sélectionnez un filtre passe - Bas (par exemple, traitement du signal bioélectrique);

Pour conserver les caractéristiques haute fréquence et filtrer les dérives basse fréquence, sélectionnez un filtre passe - haut (par exemple, un signal de choc vibratoire);

Pour extraire un signal de bande spécifique tout en filtrant les interférences hautes et basses fréquences, un filtre passe - bande (par exemple, démodulation du Signal RF, extraction de fréquence caractéristique de défaut);

Pour cibler la suppression d'une certaine fréquence d'interférence fixe (par exemple, 50 / 60 Hz), sélectionnez un filtre coupe - bande (également appelé trappeur).

Le filtre à deux canaux doit prendre en charge le type de filtrage de configuration indépendante à deux voies (par exemple, passe - Bas à une voie, passe - bande à une voie) ou la même configuration à deux voies, en fonction des besoins de l'application.

Indicateurs de bande passante et de bande interdite

Fréquence de coupure de bande passante (FP): la plage de fréquence du signal utile doit être couverte avec précision, plus l'atténuation (AP) dans la bande passante est faible, mieux c'est, généralement AP ≤ 1 DB, pour éviter la distorsion du signal utile;

Fréquence de coupure de bande interdite (FS): pour couvrir la plage de fréquence du signal d'interférence, plus l'atténuation (AS) dans la bande interdite est grande, mieux c'est, par exemple, lorsque l'interférence de fréquence d'alimentation est supprimée, as ≥ 40 dB peut réduire efficacement l'amplitude de l'interférence;

Largeur de la bande de transition: la bande de transition est l'intervalle de fréquence de la bande passante à la bande interdite, plus la largeur est étroite, plus la sélectivité fréquentielle du filtrage est forte, mais plus la complexité algorithmique est élevée. Des bandes de transition légèrement plus larges sont acceptables pour les scénarios exigeant un temps réel élevé (p. ex., la surveillance en ligne industrielle) et des bandes de transition étroites sont nécessaires pour les scénarios d'analyse de haute précision en laboratoire.

Isolation des canaux par rapport au rapport de réjection en mode commun (CMRR) Il s'agit d'un indicateur clé pour les filtres à deux canaux, en particulier pour les signaux différentiels ou les scénarios d'interférences fortes:

Isolation du canal: désigne le degré d'interférence mutuelle entre les signaux des deux voies, plus l'isolation est élevée (par exemple ≥ 80 DB), plus il est possible d'éviter que les interférences des signaux d'une voie soient sérialisées dans l'autre;

Taux de réjection de mode commun (CMRR): plus le CMRR est élevé pour les filtres à deux voies à entrée différentielle (par exemple ≥ 100dB@50Hz ), meilleure est la suppression des interférences de mode commun (par exemple, bruit de fréquence de puissance, interférence de boucle de terre), adaptée au traitement du signal du capteur sur le site industriel.

Caractéristiques de phase les caractéristiques de phase des différents algorithmes de filtrage sont très différentes et affectent directement la fidélité de phase du signal:

Filtres de phase linéaires (tels que les filtres FIR): la phase dans la bande passante est proportionnelle à la fréquence, le signal est filtré sans distorsion de phase, adapté aux scénarios où l'information de phase doit être conservée (par exemple, mesure de différence de phase, localisation d'ondes acoustiques, analyse de séries temporelles de signaux bioélectriques);

Filtres de phase non linéaires (tels que les filtres IIR): la distorsion de phase est importante, mais la complexité de l'algorithme est faible, les opérations sont rapides et adaptées aux scénarios où les exigences de phase ne sont pas élevées (par exemple, simple surveillance de l'amplitude, suppression du bruit).

Dans les applications à deux canaux, pour analyser la différence de phase du signal à deux voies, vous devez choisir un filtre à phase linéaire à deux canaux cohérent, évitant que le décalage de phase entre les canaux ne provoque des erreurs de mesure.

Temps réel et Complexité algorithmique

Scénarios exigeant un temps réel élevé (par exemple, contrôle industriel en boucle fermée, surveillance du signal à grande vitesse), avec une préférence pour les filtres IIR ou les filtres FIR légers, qui ont un faible volume de fonctionnement et peuvent fonctionner rapidement sur des dispositifs embarqués (par exemple, MCU, FPGA);

Le laboratoire analyse les scènes avec une grande précision (pas de pression de reality), avec un choix d'algorithmes de filtrage modernes tels que des filtres FIR d'ordre supérieur ou des transformées en ondelettes pour une sélectivité en fréquence et des caractéristiques de phase supérieures.

Dans le même temps, pour faire attention au taux de débit de données du filtre, il est nécessaire de répondre à la demande de taux d'échantillonnage du signal à deux canaux et d'éviter les débordements de cache de données.

Iii. Compatibilité matérielle et système correspondante

La morphologie du filtre numérique bicanal comprend des modules indépendants (par example des cartes de filtrage), des filtres intégrés à la carte d'acquisition, des filtres de type algorithmique logiciel (par example des programmes de filtrage PC LabVIEW, matlab):

Applications embarquées sur site industriel, priorité aux modules de filtre matériels, forte capacité anti - interférence, pas besoin de compter sur la machine de positionnement;

Scénarios de test en laboratoire, filtres de type algorithme logiciel sélectionnables, haute flexibilité, paramètres réglables en temps réel;

Vérifiez le type d'interface du filtre (USB, Ethernet, etc.) Lorsque vous devez vous connecter à un système d'acquisition existant SPI、I2C）， Assurez - vous de la compatibilité avec les contrôleurs (MCU, PLC, machines de commande).

Alimentation électrique et adaptation environnementale les scénarios industriels doivent tenir compte de la plage de température de fonctionnement du filtre (par exemple - 40 ℃ - 85 ℃), de la résistance aux interférences électromagnétiques (par exemple, conformément à la certification CEM); Les dispositifs portables doivent se concentrer sur les caractéristiques de faible consommation d'énergie; Les scénarios de laboratoire sont moins exigeants pour l'environnement.